Jak dále s použitím servolisů

Je to tedy zejména hromadná výroba, kde zmetkovitost způsobuje zvýšené náklady především na materiál. Ani dokonalá příprava výroby tomu nezabrání. Tyto problémy nelze odstranit ani počítačovou podporou při navrhování výrobních procesů a při navrhování nástrojů. Často poslední možností je zkušenost při seřizování. Zmetky se projevují nejčastěji praskáním výlisků, dále to může být zvlnění, propadliny nebo nadměrné zmenšení tloušťky, odpružení či nakroucení (zvýšené ještě ostřižením výtažků), špatný povrch výlisků (pomerančová kůra, Lüdersovy čáry), nízké prolisování výlisků atd. Příčinami může být i celá řada nevhodně zvolených okrajových podmínek. Navíc se jejich vlivy mohou překrývat nebo jdou i proti sobě. Příčina zmetkovitosti se hledá v technologičnosti tvaru výlisků, kvalitě i šarži materiálu (třeba od stejného nebo i jiného výrobce), technologickém postupu, seřízení lisu, kvalitě a množství maziva, na zapracování nástrojů, povrchové kvalitě plechu a opotřebení nástroje, tvaru a velikosti přístřihu atd. Většinou jsou nástroje již hotové, výrobní zařízení je také určeno a je problém co měnit, aby vady výlisků, nebo alespoň jejich četnost se zmenšily. V hromadné výrobě jsou náklady na materiál největší položkou v celkové nákladovosti. Proto se hledají cesty, jak zmetkovitost snižovat.

Co lze měnit v navržené technologii

Měnit se dá kvalita a šarže materiálu. Zvyšování kvality plechu, tedy základních pevnostních hodnot výchozího plechu, dále n (exponentu deformačního zpevnění) a r (hodnoty normálové anizotropie) - to vše však vede ke zvyšování ceny za materiálu. Může se měnit i tloušťka plechu. Jejím zvětšením lze obvykle vady ovlivnit či zmenšit, ale narůstá hmotnost výlisků a jeho cena. Vliv má také množství a kvalita maziva. Změnit lze i zapracování nástroje, změnou geometrie, délky, tvaru a počtu brzdicích lišt, tažných vůlí), změnou drsnosti povrchu určitých, dle zkušenosti zvolených částí tažného nástroje. Tvar a velikost přístřihu lze také měnit. Pokud se přístřihy stříhají v pevném nástroji, tak tato možnost odpadá. Změnit se může tlak přidržovače. Většinou je konstantní, ale jsou lisy či nástroje, kde lze tlak přidržovače po obvodu měnit. Tlak přidržovače není ani při nastavení konstantní síly na přidržovač stálý. Může se měnit s opotřebením nástroje, s vůlí mezi tažníkem a tažnicí či ve vedení lisu (naklopení mykadla). Svůj vliv by mohla mít také proměnlivá rychlost pohybu smykadla během pracovního zdvihu.

Rychlost pohybu smykadla

V poslední době se stále více ukazuje, že nepopíratelný vliv na plastickou deformaci a její průběh má rychlost pohybu smykadla a tím i horní části lisovacího nástroje. Toto řešení má nebo může mít vliv na průběh lisování. Řízením rychlosti pohybu smykadla dojde k ovlivnění toku materiálu. Dostáváme tak další možnost, jak vedle výše uvedených možností ovlivnit průběh deformace a jejich rozdělení při lisování. Řízenou rychlostí smykadla také vzniká schopnost lisování členitých a složitých výlisků, zejména z vysokopevnostních materiálů, které by bylo možné jinak lisovat jen obtížně. Regulací rychlosti tváření v poslední části zdvihu lze ovlivnit opotřebení nástroje, snížit hluk při lisování a průběh i výši potřebných lisovacích sil a prací. Řízením rychlosti pohybu smykadla lze také zkrátit takt. Zpomalením rychlosti pohybu smykadla v poslední části zdvihu lze integrovat do procesu lisování jiné technologie, jako navařování, svařování, klinčování a řezání závitů. Jsou to operace, které potřebují delší čas, a ten je jim umožněn zpomalením rychlosti tvářecího nástroje. Rychlostí lze regulovat i výšku zdvihu a krouticí moment a také korigovat odpružení lisu.

Nevýhody servolisů

Je potřeba speciální lis s možností naprogramování průběhu zdvihu. To přináší zvýšené nároky a potřebu školení TPV pracovníků a vedení podniku. S tím souvisí i nutnost programátorů servolisů. Na údržbu strojů a nástrojů jsou kladeny jiné požadavky, to však doposud nebylo zcela ověřeno. Cena servolisů je vyšší oproti klasickým lisům mechanickým a hydraulickým. Musí se propočíst příkon elektrického proudu, který v průměru není vyšší v porovnání s mechanickými lisy, ale mohou zde vznikat vyšší špičky napětí. Celková spotřeba elektrické energie není větší a je dána požadovanou přetvárnou prací. Je-li nevhodně navržený průběh pohybu a rychlosti smykadla, mohou se výsledky lisování v porovnání s klasickými lisy zhoršit. Před rozhodnutím o investici do servolisu je potřeba udělat ekonomickou bilanci.

Moderní výrobní zařízení

Servolisy mají všechny předpoklady k tomu, vyhovět všem požadavkům kladeným na moderní výrobní zařízení. Mají krátké časy zapracování, což je důležité zejména při častých změnách druhu výlisku v souvislosti s malými vyráběnými množstvími. Časy na zapracování lze na servolisech zkrátit. Lisovací zařízení má vyšší výkonnost. U výrobních linek je možná integrovaná výrobní simulace a sladění pohybu smykadla s pohybem transferu. Lisovací linky vybavené servolisy snižují mechanické zatížení, což je umožněno harmonickými pohyby nástroje v rámu lisu. Servolisy snižují také hlučnost v lisovně.

Ovlivnění pohybu smykadla není novinkou

Snaha ovlivňovat rychlost pohybu smykadla jako taková není úplnou novinkou. Firma Schuler vyráběla již dříve tzv. hybridní lisy, kde pomocí dvou přídavných hydraulických válců ve smykadle bylo možné v malé míře vhodně ovlivňovat rychlost pohybu smykadla. Dále to jsou lisy, kde pomocí mechatronických planetových převodovek v pohonu lisu je možné nastavit alespoň dvě rozdílné rychlosti pohybu smykadla. Společnost Desch Antriebstechnik nabízí přestavitelný pohonný systém s mechatronickou regulací KAS 500 pro lisy až 2 500 tun. Firma Müller Stanz- und Umformtechnik vyrábí lisy s pohonem MLE (Mechanical Leaded Excentric), kde je možné snížit rychlost pohybu smykadla před dolní úvratí až na 36 %, při zvýšení zdvihu až o 80 %. Firmou Schuler byly vyvinuty a vyrobeny tzv. lineární lisy, poháněné lineárním motorem. Pohybu smykadla se dociluje na principu silného magnetického pole vytvořeného ve statoru - rámu lisu - a smykadla jako jádra cívky.

Již před mnoha lety byly v Japonsku a USA vyráběny mechanické lisy společně se servolisem v jednom stojanu. Vznikla tak možnost změny pohonu u lisu v případě častého výskytu zmetků. Cena lisů byla ovšem výrazně vyšší. Firma Beutler nabízí přestavbu mechanických lisů na servolisy. Je to umožněno použitím modulového systému.

Jako nejvhodnější pro regulaci rychlosti se jeví hydraulické lisy. Nejčastěji jsou v lisovnách ovšem používány lisy mechanické, a to klikové, excentrické, které jsou v normálním konstrukčním provedení poháněny od setrvačníku přes pneumatickou spojku. Regulace rychlosti pohybu v tomto provedení je nemožná a pro její umožnění se musí používat speciální servomotory a servolisy, kde setrvačník a spojka nejsou. Další možností je použití mechanických vřetenových servolisů zvláštní konstrukce - čtyřvřetenových. Ty vyrábí firma Schuler.

Princip servolisu

Servolisy jsou mechanické lisy, kde pohyb smykadla je docilován pomocí speciálního stejnosměrného nebo střídavého elektromotoru, řízeného pulzní regulací. Tento motor je přímo spojen s klikou. Udává se, že při 120 ot.min^-1 musí být zdvih proveden během půl sekundy. Prakticky to znamená urychlit smykadlo na přetvárnou rychlost a transportní zdvih a opět zabrzdit. Aby toto bylo zajistitelné, je dynamika zařízení podstatným faktorem. To je zajištěno přímým pohonem. Převodové stupně mohou umožnit požadovaný motorový moment. To ovšem redukuje dynamiku. Jako kompromis se ukazuje Torque-Antrieb (krutový pohon). Tento pohon se vyznačuje pomalým motorem s vysokým pohonným momentem. Tím mohou odpadnout jeden až dva převodové stupně. To zvyšuje užitnou hodnotu, stoupá výkonná rychlost a zvyšuje se použitelnost. Servopohon s Torque-Motorem, který používá firma Schuler k pohonu svých lisů, je na obr. 1. Menší náklady na energii jsou umožněny vyšší účinností a menšími mechanickými ztrátami. Odpadá spojka, brzda a setrvačník. Servolisy používají opět získávání energie. Ta je uvnitř zařízení zpětně získávána a vázána.  To snižuje příkon zařízení a menší zatížení sítě proudovými špičkami. Schéma zvyšování energetické účinnosti je na obr. 2. Z měření vyplývá snížení spotřeby energie u servolisů až na 68 %, včetně přestávek a zapracování nástrojů a kontroly dílů. Redukované časy náběhu a maximální výrobnost negativně ovlivňují vysoké ergonomické požadavky při uvádění lisu do provozu. Všechny servolisy mají volně programovatelný průběh zdvihu lisu, včetně zohlednění tvářecího postupu a automatizace. Tyto hodnoty jsou většinou definovány při zapracování nebo vycházejí ze zkušeností získaných u podobných dílů. Seřizování a zapracování lisu a nástroje probíhá pomocí ručního kolečka. Rychlost pohybu smykadla lze měnit při plné lisovací síle. Dále existuje možnost rychlého přejíždění lisu pomocí Quick-Lift-Funktion při seřizování a tušírování, při libovolně volitelné lisovací síle. Příklady lisování na servolisu firmy Schuler jsou na obr. 3 a 4. Integraci procesu bodového svařování do postupového nástroje ukazuje obr. 5. Firma Schuler vyrábí servolisy klikové o silách od 2 500 do 25 000 kN. Pohled na lis o síle 6 300 kN je na obr. 6. V Evropě má již nainstalovány a prodány v automobilovém průmyslu tři lisovací linky plně vybavené servolisy.  Dále tato firma vyvinula a vyrábí vřetenový servolis a speciální kolenový lis.

Jiná koncepce servolisů

Firma Andritz Kaiser, Bretten-Gölshausen má koncepci servolisů jinou. Servomotory jsou buď na jedné straně nahoře (obr. 7) o síle 2 500 až 3 150 kN, nebo dva servomotory nahoře po obou stranách, viz obr. 8 (4 000 až 5 000 kN), nebo se středním pohonem (pro síly 6 300 až 8 000 kN), viz obr. 9. Schéma pohonu pro síly větší než 8 000 kN je na obr. 10.

Dalším předním výrobcem je společnost Haulick ROOS, která používá také svoje motory. Umístěny jsou zleva, zprava nebo z obou stran. Podobně se také vyvíjí vlastní periferie pro transport pásů nebo přístřihů pro případy linek nebo postupových nástrojů. Pro typické představitele výlisků má předem naprogramovány pohyby smykadla.

Svá specifická řešení a programování nabízí sesterská společnost firmy Schuler - Beutler Nova. Četné příklady aplikací uvádí i firma Klein Umformtechnik Netphen-Deutz. Jako příklad náhrady tažení na hydraulickém lisu servolisem je uveden obr. 11. Dále je na přední úrovni firma AIDA. Má svoje servomotory, kapacitní zásobníky zpět jímané energie od brzdění. Tato firma nabízí také různé tandemové linky pro veliké lisy. Doporučuje je pro lisování komplikovaných karosářských povrchových dílů z ocelí HSS, které jsou jinak velice obtížně lisovatelné na klikových lisech staré koncepce. Hydraulické lisy z hlediska výrobnosti jsou nedostačující.

Závěr

Firma Schuler uvádí, že ceny servolisů jsou cca o 10 % až 20 % vyšší než u klasických mechanických lisů. Použití těchto lisů a návratnost investice jsou čistě otázkou správné kalkulace. Pro řadu výlisků jejich použití nebude vůbec nutné ani ekonomické. Správné naprogramování rychlosti pohybu smykadla je věcí správné počítačové podpory a zkušeností. Také nároky na vedení a TPV firmy jsou výrazně jiné a větší. Je potřeba provádět základní a doplňující školení technického personálu a managementu. Přesto se v současné době zdá, že výhody uvedené na začátku článku by se mohly projevit ve větším nasazení servolisů v lisovnách. Zejména jde o složité komplikované výlisky z vysokopevnostních materiálů, které v budoucnu bude třeba lisovat. Programování pohybu rychlosti smykadla se také jeví jako další možnost zlepšeného ovládání mechanických lisů, cestou ke zlepšování lisovatelnosti, přesnosti a zvyšování výrobnosti při zachování ekologičnosti výroby.

Zpracoval doc. Ing. Jan Šanovec, CSc.

Tento příspěvek a obrázky byly získány ze sborníků z konferencí EFB v Bad Boll v Německu. Servopressen und Werkzeugsysteme  10-11. 3. 2009 ISBN 978-3-86776-326-4 a  Bauteile der Zukunft 2-3. 3. 2010 ISBN  978-3-86776-343-1, odborného časopisu BlechRohreProfile 2004 až 2009.

ČVUT v Praze, Fakulta strojní

doc. Ing. Jan Šanovec, CSc.

jan.sanovec@fs.cvut.cz